सामग्री का परिचय: प्रकृति और गुण (भाग 1: सामग्री की संरचना)
प्रो आशीष गर्ग
सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग
भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान, कानपुर
व्याख्यान - 28
गैर-क्रिस्टलीय ठोस चश्मे की संरचना (contd.)
इसलिए, हम फिर से एक नए व्याख्यान के साथ शुरू करते हैं। तो, और यह फिर से गैर-क्रिस्टलीय ठोस, मुख्य रूप से चश्मे की संरचना पर है।
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इसलिए, मैं आपको पिछले व्याख्यान में हमने जो चर्चा की थी, उसका संक्षिप्त रूप देता हूं ।
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हमने गैर-क्रिस्टलीय ठोस के रूप में नामक शब्द पेश किया। मूल रूप से ये वे सामग्री हैं जिनमें किसी भी लंबी दूरी की आवधिकता नहीं है, किसी भी प्रकार की आवधिकता के रूप में अणुओं की आवधिकता है। हमें विशेष आवधिकता कहते हैं, यह बहुत कम पर्वतमाला, कुछ नैनोमीटर पर मौजूद है, और उससे आगे, यह टूट जाता है । इसलिए, यदि आप कुछ दसियों नैनोमीटर या सैकड़ों में जाते हैं। नतीजतन, उनके पास लंबी दूरी की आवधिकता नहीं है। एक और बात यह है कि वे निश्चित बांड लंबाई के लिए नहीं करते हैं । उनके पास चर बांड लंबाई नहीं थी जो उन्हें कई बॉन्ड ऊर्जा की अनुमति देती है और परिणामस्वरूप, वे तापमान की एक श्रृंखला पर जमना करते हैं, और इसलिए उनके पास क्रिस्टलीय सामग्रियों के मुकाबले एक व्यापक और विसरित पिघलने वाला व्यवहार होता है जो पिघलने वाले बिंदु पर बहुत तेज पिघलने वाला संक्रमण दिखाता है।
इसलिए, कुल मिलाकर, ये सामग्री मूल भवन ब्लॉक पर आधारित है सिलिका है, और यह संरचना के भीतर सिलिका-सिलिका अणुओं की व्यवस्था द्वारा है, जो उन्हें एक बहुत ही विशिष्ट संरचनाओं की अनुमति देता है। इसलिए, हमने पिछली बार पहली संरचना में देखा था जिसे हमने क्रिस्टलीय सिलिका में देखा था जिसमें सिलिकॉन टेट्राहेड्रा की षट्कोणीय सरणी सिलिका टेट्राहेड्रल बनाती है यदि आपको याद है कि यह एसआईओ था4 तेतराहद्रा।
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क्योंकि प्रत्येक सिलिकॉन परमाणु इन ऑक्सीजन परमाणुओं के 4 द्वारा समंवित किया जाता है, यदि यह ऑक्सीजन है, तो यह सिलिकॉन है, और फिर आपके बीच संबंध हैं, और यह एक टेट्राहेड्रल बनाता है। यदि आप इन परमाणुओं को यहां जोड़ते हैं, लेकिन यह इसे एक टेट्राहेड्रल बनाता है, और टेट्राहेड्रल के केंद्र में यह सिलिकॉन परमाणु है। चूंकि यह इस पर-4 चार्ज है, यह एक परिणाम के रूप में तटस्थ नहीं है, और यह या तो ऑक्सीजन परमाणुओं के बंटवारे के लिए सुनिश्चित करें कि समग्र विद्युत तटस्थता है की जरूरत है । इसलिए, ऐसा करने का एक तरीका यह था कि एक षट्कोणीय नेटवर्क बनाया जाए जिसमें आपके पास परमाणुओं का कोना-शेयरिंग हो ।
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तो ये सब पॉलीहेड्रल इस तरह के एक फैशन में व्यवस्थित कर रहे हैं । इसलिए वे षट्कोणीय नेटवर्क बनाते हैं। तो, आप एक यहां साझा किया है, एक और यहां साझा, एक और यहां साझा, और एक दूसरे को शीर्ष पर साझा, सब ठीक है । यह एक त्रि-आयामी नेटवर्क है इसलिए मैं यहां जो दिखा रहा हूं वह 2डी में है। इसलिए, प्रत्येक कोने को दो पॉलीहेड्रल द्वारा साझा किया जाता है। तो, आपके पास क्या होगा एसआईओ4. तो, आपके पास ये एसआईओ हैं4 इकाइयों और फिर उनमें से प्रत्येक के लिए प्रत्येक कोने द्वारा साझा 2 पॉलीहेड्रल के बीच साझा किया गया।
तो, क्या हम यहां देख विमान में है, लेकिन विमान से बाहर साझा के रूप में अच्छी तरह से । इसलिए, यह इस पॉलीहेड्रल का शीर्ष है, उदाहरण के लिए, यह शीर्ष से छाया हो रहा है। तो यहां एक, दो यहां, तीसरे यहां, चौथे यहां, एसआई केंद्र में है 4 से विभाजित 2 यह SiO2 होने जा रहा है । इसलिए, यह क्रिस्टलीय रूप है जिसमें पॉलीहेड्रल की एक षट्कोणीय सरणी है।
अब, एक और बात जो आप कर सकते हैं वह है असंगत सिलिका। असंगत सिलिका ऐसे अंदाज में मौजूद रहेंगी। इसलिए, आपके पास ये पॉलीहेड्रल हैं जो कमोबेश एक प्रकार के यादृच्छिक फैशन में मौजूद हैं। यह कहीं यहां होगा, और यह एक और नेटवर्क होगा । कोई निश्चित कोण नहीं है, और पड़ोसियों की कोई निश्चित संख्या नहीं है। अब यहां समस्या फिर से विद्युत तटस्थता है ।
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इसलिए, इस तरह के यादृच्छिक नेटवर्क के लिए, यह यादृच्छिक नेटवर्क तभी संभव है जब कोनों को किसी और चीज द्वारा साझा किया जाता है। ताकि कुछ ऐसा हो जो इसे विद्युत रूप से बेअसर कर रहा है, और यह अशुद्धियों को जोड़कर होता है । इसलिए, उदाहरण के लिए, जब आप जोड़ते हैं, तो आप देख सकते हैं कि पिछली संरचना में, आपके पास पड़ोसी पॉलीहेड्रल द्वारा साझा किया गया चार कोने थे।
इस मामले में, आपको पड़ोसी पॉलीहेड्रल दिखाई नहीं देता है, आप देखते हैं कि इसमें साझाकरण हो सकता है, लेकिन इसमें साझाकरण नहीं होगा। इसलिए, इस मामले में, आप अब संलग्न करते हैं, जिसे हम कार्यात्मक समूहों या अशुद्धता ऑक्साइड के रूप में कहते हैं। तो, उदाहरण के लिए, यदि आपके पास हमें कहने दें (एसआईओ4)4- चार पॉलीहेड्रल के साथ साझा करने के बजाय, आप हमें तीन पॉलीहेड्रल कहने के साथ साझा कर रहे हैं। यह ऑक्सीजन साझा की जाती है, यह ऑक्सीजन साझा की जाती है, इसे साझा किया जाता है, लेकिन यह साझा नहीं किया जाता है। इसलिए, जिसका अर्थ है कि अतिरिक्त प्रभार में, इस अतिरिक्त शुल्क की भरपाई हमें यह कहने के लिए की जाएगी कि क्या आपके पास इसके साथ अशुद्धता है । इसलिए, उदाहरण के लिए, आपके पास सोडियम प्लस पोटेशियम हो सकता है और इनमें से कुछ अशुद्धियां उस समूह से जुड़ी होंगी, और वे यह सुनिश्चित करेंगे कि वे अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन लेंगे जो वहां है क्योंकि ये सभी इलेक्ट्रोपॉजिटिव तत्व हैं। इसलिए, वे विद्युत रूप से तटस्थ संरचनाओं का गठन करने वाले समूहों से खुद को जोड़ देंगे।
तो, कश्मीर जैसी चीजें2हे, ना2हे, काओ, विभिन्न प्रकार के तत्व कांच की संरचना में मिल सकते हैं, इस तरह के फैशन में संरचना को संशोधित कर सकते हैं। इसलिए, उस पॉलीहेड्रल को अब इस तरह के तरीके से साझा नहीं किया जाता है। इसलिए, कि प्रत्येक ऑक्सीजन दो पॉलीहेड्रल द्वारा साझा की जाती है। वे बात की एक यादृच्छिक नेटवर्क तरह बनाते हैं ।
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इसलिए, यह वह छवि होगी जिसे आप देखना चाहेंगे। इसलिए, यह असंगत सिलिका है, लेकिन इस मामले में, विद्युत तटस्थता को बनाए रखना होगा, और विद्युत तटस्थता किसी प्रकार के बेअसर कारक की उपस्थिति से बनाई जा रही है, जो कि मूल रूप से आरोप को बेअसर करने के लिए एक अशुद्धता हो सकती है । तो, सिलिका के कई रूप हैं, अब मैं आपको दिखाता हूं कि यह कैसे होता है। इसलिए, हम कहते हैं कि सिलिका संरचनात्मक इकाइयों को विभिन्न तरीकों से प्रस्तुत किया जा सकता है।
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अत मानदंड यह है कि कितनी संख्या में ऑक्सीजन आयनों को साझा किया जाता है, यह पहला कॉलम संरचनात्मक इकाई है फिर हम लिखते हैं, प्रभारी संतुलन क्या है, फिर अंत में देखें, हमें उदाहरण पर ध्यान देना चाहिए । तो, आप पिछली स्लाइड से देखते हैं कि महत्वपूर्ण बात यह है कि ये अकरुण्वित इलेक्ट्रॉन या असंतुलन आवेश कैसे समायोजित हो जाता है। क्योंकि यह विद्युत रूप से तटस्थ होना चाहिए, यही लब्बोलुआब है । तो, यह कैसे करने के लिए मिलता है?
तो, पहली बात यह है कि हम बताते हैं कि ऑक्सीजन की संख्या 0 है। इसलिए, इस मामले में, संरचनात्मक इकाई एक टेट्राहेड्रल होगी। यदि कोई बंटवारा नहीं है, जिसका अर्थ है कि यह रहने वाला है, तो यह बनेगी । इसलिए, यह द्वीप प्रकार की संरचना है। एसआईओ के द्वीप तरह4 संरचना की तरह है, और यहां आप चार्ज संतुलन देख सकते हैं, सिलिकॉन आप प्लस 4 ऑक्सीजन देने जा रहा है आप शूंय से 8 देने जा रहा है ।
इसलिए, आप जिस कुल शुल्क को छोड़ने जा रहे हैं वह शून्य से 4 है, जहां पॉलीहेड्रल का कोई बंटवारा नहीं है, इसके बाद ओलिवाइन संरचित सामग्रियों जैसी सामग्रियों का पालन किया जाता है । आप देख सकते हैं कि इन मैग्नीशियम और लोहे के परमाणुओं का लगाव है, जो एक आवेश तटस्थता स्थिति को पूरा करता है।
तो, ये ऐसे सेन्स हैं जो खुद को सिलिकेट पॉलीहेड्रा के साथ पेयर करने के लिए दिखते हैं । ताकि माइनस 4 होने वाले एक्स्ट्रा चार्ज में मैग्नीशियम आयरन का ध्यान रखा जाए। तो, यह MgSi, एमजी हो सकता है2एसआईओ4, यह एक Fe हो सकता है2एसआईओ4, या यह एक मिलीग्राम, एक FeSiO4 हो सकता है, और यदि वे दोनों +2 प्रभारी राज्य में हैं, तो आप उनमें से कोई भी अंश हो सकता है। इसलिए वे पॉलीहेड्रल के कोने से खुद को अटैच कर इसे चार्ज न्यूट्रल बनाएंगे। इसलिए, यह अनिवार्य रूप से एक अल्पाइंत संरचना, एक चादर जैसी संरचना है। इस श्रेणी में दूसरा ढांचा तब होगा जब साझा ऑक्सीजन परमाणु की संख्या 1 के बराबर हो और इस मामले में आपके पास इस तरह का पहला पॉलीहेड्रल हो, इस तरह का दूसरा पॉलीहेड्रा।
इसलिए, इस मामले में, पहली संरचना ऑर्थोहोम्बिक थी, और दूसरा मामला फिर से एक द्वीपीय प्रकार की संरचना है क्योंकि यह एक संरचना नहीं बनाती है जो 3 डी में निरंतर है क्योंकि आपके पास पूर्ण साझाकरण नहीं है। तो, सिलिकॉन प्लस 8 हो जाएगा, ऑक्सीजन आपको माइनस 14 देगा, और नेट माइनस 6 एसआई होगा2हे7 अणु। इसे इसका सर्पिल रूप कहा जाता है, और ये सामग्री उदाहरण के लिए, हेमिमॉर्फाइट हैं, जिनकी संरचना जेडएन है4एसआईओ2, (ओह)2. एच2हे, उदाहरण के लिए, यह पॉलीहेड्रल में एक ऑक्सीजन परमाणुओं के एक गुना साझा करने का मामला है, जो बहुत आम नहीं है, लेकिन उदाहरण है। तीसरे को इस के 2 बंटवारे कहा जाता है, लेकिन इस मामले में, आपके पास एसआईओ की एक परत है3 ये 2 माइनस हैं।
तो, आप यहां क्या बनाएंगे एक श्रृंखला है, आपके पास इस तरह की संरचना होगी। इसलिए, आप देख सकते हैं कि आपके पास केवल दो पड़ोसी हैं, इसमें सिर्फ एक श्रृंखला जैसी संरचना नहीं 3 डी संरचना है। तो, बस इन दोनों पक्षों के साथ साझा तो, यह एसआईओ है3 एकल परत, आपके पास इस तरह की संरचना हो सकती है जिसमें यह एक षट्कोणीय शीट बनाएगा, बस एक शीट संरचना सिर्फ एक शीट है और इसे जंजीर अणु कहा जाता है जो (एसआईओ)3)2- केवल 2 गुना साझा करना।
इसलिए, इन दोनों मामलों में, नेट चार्ज बराबर है, आप देख सकते हैं कि सिलिकॉन प्लस 4 है, ऑक्सीजन शून्य से 6 है, और इसके बाद MgSiO जैसे यौगिकों द्वारा किया जाता है3होना3अल2(SiO3)6. इसलिए, ये यौगिक इस प्रकार की संरचना का पालन करते हैं। अन्य उदाहरण जो हमें शामिल करते हैं, उनमें 1, 2, 3, 4, 5 को आकर्षित करने के लिए कितने कॉलम की आवश्यकता है। आपके पास एक पैटर्न है, लेकिन यह पैटर्न इसे 3 डी में कैसे दोहराता है? आपके पास केवल एक है, उदाहरण के लिए, यहां कोई कोना-साझाकरण नहीं है। इस मामले में, हालांकि कोई कोना साझा नहीं है। केवल एक कोने का बंटवारा है, इस मामले में यह केवल 2 कोने का बंटवारा है। इसलिए, वे सभी अर्ध-क्रिस्टलीय संरचनाएं हैं।
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अब इस पर नजर डालते हैं। तो अब देखते हैं कि आगे क्या है। अगले एक दिलचस्प है; हम इसे 2 और एक आधा साझा कहते हैं ।
इसलिए, 2 और डेढ़ शेयरिंग में जो हुआ, वह अनिवार्य रूप से है, आपके पास इस प्रकार की परत है । मुझे एक और पॉलीहेड्रल ड्रा, उनमें से 3 साझा कर रहे हैं । तो, तुम एक आदमी यहां साझा किया है, एक और आदमी यहां साझा की है, और इस आदमी को यहां साझा किया जाता है । इसलिए इसे पॉलीहेड्रा या ऑक्सीजन का ढाई शेयरिंग कहा जाता है। इसे दोहरी संरचना कहा जाता है, जो (एसआई) पर आधारित है4हे11)6-.
तो, चार्ज बैलेंस, इस मामले में, आप देख सकते हैं कि सिलिकॉन 16 हो जाएगा, ऑक्सीजन शून्य से 22 हो जाएगा, यह शून्य से छह हो जाएगा । तो, उदाहरण के लिए, ट्रेमोलाइट, एस्बेस्टस जैसे खनिज ों में वे इस तरह के अनुक्रम का पालन करते हैं कि ये दो आयामी चादरें हैं। इस मामले में कोई त्रिआयामी पेयरिंग नहीं है। यह सिर्फ दो आयामी चादर जैसी संरचना है। और इस मामले में पेयरिंग सिर्फ इसी दिशा में थी। यहां कोई पेयरिंग नहीं थी। तो, यहां कोई बांधना, यहां कोई बांधना, प्रभावी ढंग से यह बाहर काम करता है दो और आधा हो क्योंकि उनमें से कुछ 2 में बनती हैं, उनमें से कुछ 3 में बनती हैं, प्रभावी ढंग से यह 2 और एक आधे में बाहर काम करता है । तो, तिगुना कतरन हम के रूप में इस फैशन में है । इसलिए, यदि आप इसे जारी रखते हैं, तो वही संरचना जो मौजूद है।
इसलिए, मूल रूप से इसे जोड़े जाने की अनुमति है, इसे इस दिशा में, इस दिशा, इस दिशा और इस दिशा में जोड़ा जा सकता है, लेकिन ऊर्ध्वाधर दिशा में नहीं। इसलिए, यह होगा, आपको इन पंक्तियों को सही करना होगा । अन्यथा, आप शीर्ष हड्डी पर बाहर याद आती है।
इसी तरह, इस मामले में, Y-दिशा असर गायब था, और यह गायब था। कोई लापता नहीं था, और कोई शीर्ष बांड सही था । यहां सिर्फ टॉप बॉन्ड गायब है । XY जोड़े हैं, और इस संरचना को मूल रूप से शीट जैसी संरचना, शीट जैसी संरचना कहा जाता है। यह है (एसआई2हे5)2-. तो, एसआई हो जाएगा आप यहां देख सकते हैं, प्लस 8, ऑक्सीजन शूंय से 10 शुद्ध हो जाएगा शूंय से 2 ले हो जाएगा, आप muscovite या अभ्रक कह सकते हैं ।
आपने अभ्रक के बारे में सुना होगा । यह मूल रूप से KAl2 (ओह) के रूप में यौगिक2 3Alo10. तो, जटिल एक चादर की तरह संरचना के रूप में, और फिर अंतिम एक 4 बांधना था ।
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जैसा कि हमने पहली स्लाइड में देखा, आपके पास SiO2 tetrahedra का 3D नेटवर्क है, और यह एसआईओ 2 4 माइनस एसआईओ है2. तो, आप यहां है SI 4 ऑक्सीजन माइनस 4 होगा, नेट 0 होगा ।
इसलिए, यह मूल रूप से क्रिस्टलीय सिलिका है, जिसे क्वार्ट्ज कहा जाता है। इसलिए, ये विभिन्न प्रकार के ठोस हैं जो इस बात पर निर्भर करते हैं कि टेट्राहेड्रा के बीच ऑक्सीजन कैसे साझा की जाती है। इसलिए, इन सामग्रियों की एक पूरी विविधता है।
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उदाहरण के लिए, फ्यूज्ड सिलिका में सिलिका टेट्राहेड्रा के 3डी रैंडम नेटवर्क का प्रतिनिधित्व करने के लिए, कुछ सिलिका असंगत है। इसलिए, आप देख सकते हैं कि आपके पास 6 पॉलीहेड्रा हैं, लेकिन वे सभी यादृच्छिक कोणों पर हैं, विभिन्न खेल संभावित समन्वय। इसलिए कुछ जगहों पर सिलिकॉन-सिलिकॉन की दूरी लंबी होती है, कुछ स्थानों पर सिलिकॉन-सिलिकॉन की दूरी कम होती है। इसलिए इसकी नियमित समय-समय पर व्यवस्था नहीं है।
(स्लाइड समय देखें: 24:33)
मूलरूप से, अशुद्धियों को जोड़कर इस प्रकार की चीज हासिल की जाती है। और ये अशुद्धियां मूल रूप से हैं, कांच के नरम तापमान को कम करते हैं जो अन्यथा बहुत अधिक है। और अगर नरम तापमान बहुत अधिक है, तो आप गिलास को एक आकार में नहीं ढाल सकते हैं जिसकी आपको बहुत आसानी से आवश्यकता होती है, और यही कारण है कि एक सोडियम ऑक्साइड, पोटेशियम ऑक्साइड जैसी इन अशुद्धियों को चश्मे में जोड़ता है। तो, कि एक गिलास के लिए कोमलता के आवश्यक स्तर को प्राप्त करने के लिए विभिन्न आकारों में ढालना करने में सक्षम होने में सक्षम है ।
तो, आह, तो शायद हम इस व्याख्यान यहां बहुत जल्दी हवा कर सकते हैं ।
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तो, आप क्या करते हैं कि आपके पास ग्लास में अशुद्धियां हैं, और इन्हें नरम तापमान को संशोधित करने के लिए जोड़ा जाता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, यदि आपके पास इस तरह की संरचना है, तो इस तरह से टेट्राहेड्रा को कुछ संरचनाओं में साझा किया जाता है।
अब, यह कोने में साझा किया जाता है। यदि आप इसमें सोडियम जोड़ते हैं, उदाहरण के लिए, यह कैसा लग सकता है, तो आपके पास इस तरह का टेट्राहेड्रल हो सकता है, जो यहां एक सोडियम से जुड़ा हुआ है, और आपके पास एक और टेट्राहेड्रल हो सकता है, जो खुद के साथ जुड़ा रह सकता है। इसलिए, वे इस बिंदु को तोड़कर ढीले टेट्राहेड्रल बन जाएंगे, यह वह बंधन है जो उदाहरण के लिए, सोडियम के अलावा टूट जाता है। तो, यह है कि आप कह सकते हैं सोडियम एक ग्लास संशोधक है, या यह एक नेटवर्क संशोधक है। इसलिए, यह उदाहरण के लिए कांच की चिपचिपाहट को बदलने वाला है। इसी उद्देश्य को विभिन्न अन्य तत्वों को जोड़कर हासिल किया जाता है जिन्हें हम अगली कक्षा में देखते हैं। इसलिए, मूल रूप से इस वर्ग में हमने चश्मे की विविधता, चश्मे की संरचनाओं को देखा है, और चश्मे में विभिन्न संरचनाओं में विकसित करने के लिए विभिन्न पॉलीहेफ्रॉन के बीच ऑक्सीजन साझा करने का तरीका है।